DE4445058C2

DE4445058C2 - Control valve with a pressure medium operated drive and a positioner

Info

Publication number: DE4445058C2
Application number: DE4445058A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Phys Dr Rer Karte; Heiko Kresse; Alexander Dipl Ing Kleist; Wolfgang Prof Dr Ing Dr Backe
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1994-06-02
Filing date: 1994-12-07
Publication date: 1997-09-18
Anticipated expiration: 2014-12-08
Also published as: DE4445058A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelventil mit einem druckmittelbetriebenen Antrieb und einem Stellungsregler, sowie ein Verfahren zur Ermittlung des Betriebszustandes und der Betriebsparameter eines solchen Regelventiles gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2.The invention relates to a control valve with a pressure medium operated Actuator and a positioner, and a method for determination the operating state and the operating parameters of such Control valves according to the preamble of claims 1 and 2.

Ein Regelventil der gattungsgemäßen Art ist beispielsweise aus DE 42 33 301 bekannt. Dabei wird die Regelgüte des Stellungsreglers permanent überwacht. Bekanntermaßen besteht dieses System aus einem Regelventil, einem pneumatischen Antrieb und einem Stellungsregler. Der Stellungsregler erfaßt die Ist-Stellung des Regelventiles durch Abtasten der Ventilspindel, welche Stellungsregler und Antrieb verbindet. Dabei gibt der Stellungsregler als Stellgröße Druckluft an den pneumatischen Antrieb aus, der damit die Ventilstellung beeinflußt. Als Führungsgröße wird beim Stellungsregler beispielsweise ein 4 bis 20 mA-Signal zugeführt. Der Stellungsregler hat einen eingebauten Mikrorechner. Dieser dient hierbei jedoch ausschließlich der Überwachung der Regelgüte. Bei einem solchen Regelkreis gehen jedoch viele, auch mechanische Parameter zum Teil mit einer erheblichen Beeinflussung ein. Es gibt dabei mehrere bekannte Lösungsansätze, bei denen die Kennlinie des Antriebsdruckes gegen den Ist-Wert der Ventilspindel aufgetragen wird. Aus der Hysterese für aufwärts- und abwärtsbewegen der Ventilspindel ergibt sich dann der gesuchte Reibungswert, der beispielsweise eine erhebliche Beeinflussungsgröße für die Güte der Regelung ist. Der Nachteil solcher Verfahren besteht zumeist darin, daß ein zusätzlicher Sensor, nämlich ein Drucksensor im Antrieb benötigt wird, der im übrigen die gesamte Anordnung teuer macht und im übrigen den Stromverbrauch des Gerätes erhöht. Der Stromverbrauch des Gerätes ist wegen den Auflagen beim Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen von vehementer Bedeutung.A control valve of the generic type is, for example, from DE 42 33 301 known. The control quality of the positioner permanently monitored. As is known, this system consists of one Control valve, a pneumatic actuator and a positioner. Of the Positioner detects the actual position of the control valve Scanning the valve spindle, which positioner and actuator connects. The positioner specifies compressed air as the manipulated variable the pneumatic actuator, which thus influences the valve position. As a reference variable for the positioner, for example, a 4 to 20 mA signal supplied. The positioner has a built-in Microcomputer. However, this serves only the Monitoring the control quality. However, with such a control loop many, including mechanical parameters, some with considerable Influencing one. There are several known approaches to this, at which the characteristic of the drive pressure against the actual value of Valve stem is applied. From the hysteresis for up and moving down the valve spindle then results in the desired Friction value, for example, a significant influencing variable for the quality of the scheme is. The disadvantage of such methods is mostly in that an additional sensor, namely a pressure sensor in the Drive is needed, which otherwise makes the entire arrangement expensive and increases the power consumption of the device. Of the Power consumption of the device is due to the requirements when using it potentially explosive areas.

Aus der DE 37 27 008 A1 ist eine Anordnung mit einem pneumatischen Regelventil bekannt, bei welchem die Stellung der Ventilstange über einen Hebel abgreifbar ist. Der auf den Hebel umgesetzte Betätigungsweg der Ventilstange wird dabei in den Regler positionsermittelnd eingespeist. Aus der entsprechenden Stellung erkennt der Regler die Öffnungs- oder Schließstellung des Ventiles. Weitergehende elektronische Mittel zur dynamischen Erfassung von Bewegungsabläufen sind nicht vorgesehen.An arrangement with a pneumatic control valve is known from DE 37 27 008 A1, in which the position of the valve rod can be tapped via a lever. The one on the lever implemented actuation path of the valve rod is position-determining in the controller fed. The controller recognizes the opening or Valve closed position. Advanced electronic means for dynamic detection of movements are not provided.

Aus der DE 42 33 301 C1 ist ebenfalls ein solches Ventil bzw. ein mit Stellungsregler versehenes Ventil bekannt. Hierbei wird zwar ein Mikrorechner verwendet, der jedoch in einem erheblich aufwendigen Verfahren Steuersignal-Istwerte mit zuvor eingegebenen Sollwerten vergleicht. Daraus wird in Berücksichtigung längerer Integrationszeiten bei einer Abweichung vom Soll-Steuersignal eine Fehlerstatusmeldung ausgelöst. Nachteilig ist hierbei, daß das Verfahren recht aufwendig ist, und sich aus der Veränderung des Steuersignales nicht zuverlässig auf eine Veränderung von Reibungsverhältnissen geschlossen werden kann. Bei einer Veränderung des Steuersignales können auch elektrische oder andere Fehler vorliegen. Die Zustandsermittlung in dieser Weise ist daher nicht aussagekräftig genug.From DE 42 33 301 C1 is also such a valve or with a positioner provided valve known. A microcomputer is used here, but in one considerably complex process control signal actual values with previously entered setpoints compares. This takes into account longer integration times in the event of a deviation an error status message is triggered by the target control signal. The disadvantage here is that Procedure is quite complex, and does not result from the change in the control signal a change in the friction conditions can be reliably concluded. At A change in the control signal can also result in electrical or other errors. Determining the condition in this way is therefore not meaningful enough.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Regelventil der eingangs genannten Art ohne zusätzlichen Sensor Änderungen der Reibungswerte in der Regelung mitzuberücksichtigen.The invention is therefore based on the problem of a control valve initially mentioned type without additional sensor changes the Friction values to be taken into account in the control.

Hauptverursacher bei einem Regelventil der gattungsgemäßen Art ist die dynamische Dichtung, mit welcher die bewegliche Ventilspindel in die einmündende Ventilkammer, in welchem das Ventilglied betätigt wird, abgedichtet werden muß. Diese dynamische Dichtung ist oftmals als Stopfbuchse ausgebildet, bei der die Stopfbuchsenpackung für den Reibungswert verantwortlich ist. Darüber hinaus ist die Reibung zwar eine lästige Größe jedoch muß diese Dichtung absolut dicht sein und möglichst dauerhaft dicht bleiben. Es ist daher von erheblicher Bedeutung, den Zustand der Dichtung ermitteln zu können. Eine Änderung der Stopfbuchsenreibung bei eingestellter und unveränderter Stopfbuchsenpackung ist daher ein Indiz für den Zustand der Stopfbuchse, d. h. der Dichtung.The main cause of a control valve of the generic type is dynamic seal, with which the movable valve spindle in the opening valve chamber in which the valve member is actuated, must be sealed. This dynamic seal is often called Stuffing box designed, in which the gland packing for the Friction value is responsible. In addition, the friction is true an annoying size, however, this seal must be absolutely tight and stay tight as long as possible. It is therefore significant Importance of being able to determine the condition of the seal. A change the stuffing box friction with the set and unchanged Gland packing is therefore an indication of the condition of the Stuffing box, d. H. the seal.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Regelventil der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzubilden, daß der Zustand der dynamischen Dichtung ohne Drucksensor ermittelt werden kann.The invention is therefore based on the object of a control valve generic type in that the state of the dynamic seal without pressure sensor can be determined.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Regelventil der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stellungsregler einen Mikrorechner aufweist, und desweiteren Mittel zur Ermittlung der physikalischen Größenanfahrzeit, Anhaltezeit und Auslaufstrecke enthalt, aus welchen unter Zuhilfenahme des Mikrorechners relative Indexe ermittelt werden können, von denen auf die von der dynamischen Dichtung erzeugten aktuellen Reibungswerte geschlossen werden kann.The task is for a control valve of the generic type Art solved according to the invention in that the positioner Has microcomputer, and further means for determining the physical size start-up time, stopping time and run-out distance contains from which relative with the help of the microcomputer Indexes can be determined, from which to those from the dynamic Gasket generated current friction values can be closed.

Hinsichtlich eines Verfahrens der gattungsgemäßen Art wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Anfahrzeit, die Anhaltezeit und die Auslaufstrecke der Ventilspindel ermittelt und daraus ein Bewertungsindex errechnet wird, daß die jeweils ermittelten Indexe in einem Speicher abgelegt und zyklisch oder lastwechselabhängig aktualisiert werden, und daß bei einer zeitlichen Änderung der Indexe auf eine Änderung der Reibungswerte der Dichtung geschlossen wird.With regard to a method of the generic type, the task solved in that the starting time, the stopping time and the outlet distance of the valve spindle is determined and from it Evaluation index is calculated that the respectively determined indexes in stored in a memory and cyclically or depending on load changes updated, and that when the indexes change over time a change in the friction values of the seal is concluded.

Es entfällt somit sowohl hinsichtlich der einrichtungsgemäßen als auch der verfahrensgemäßen Erfindung die Anbringung eines Drucksensors im Druckmittelsystem des Regelventiles. Der Zustand, d. h. mit anderen Worten der Verschließzustand der dynamischen Dichtung, wird aus Größen ermittelt, die ohnehin in den Regelprozeß eingehen. Die drei Größen Anfahrzeit, Anhaltezeit und Auslaufstrecke sind wie folgt zu definieren. It is therefore omitted both in terms of the device and the method according to the invention the attachment of a pressure sensor in Pressure medium system of the control valve. The state, d. H. with others Words the closed state of the dynamic seal becomes from sizes determined, which go into the control process anyway. The three sizes Start-up time, stopping time and run-out distance are as follows define.

Start-up time

Wird der Stellungsreglerausgang vom Zustand neutral in den Zustand belüftet geschaltet, so folgt das Ventil mit einer gewissen Zeitverzögerung, nämlich der Anfahrzeit.The positioner output changes from the neutral state to the state When ventilated, the valve follows with a certain Time delay, namely the starting time.

Stopping time

Wird der Stellungsregler vom Zustand belüftet in den Zustand neutral geschaltet, so kommt das Ventil mit einer gewissen Zeitverzögerung zur Ruhe, das entspricht der Anhaltezeit.If the positioner is ventilated from the neutral state switched, the valve comes with a certain time delay Quiet, this corresponds to the stopping time.

Outlet section

Während der Auslaufzeit wird die Auslaufstrecke zurückgelegt. Aus diesen drei Parametern kann dann ein Index für den gesuchten Reibungswert ermittelt werden. Das verfahren kann gemäß den Unteransprüchen in vorteilhafter Weise noch weiterentwickelt werden, indem individuelle Daten, wie Masse des bewegten Ventilkegels, Antriebsgröße sowie Zuluftdruck an den Stellungsregler mitberücksichtigt werden. Dies geschieht, indem in einem Autokonfigurationslauf die drei genannten Parameter für ein gegebenes Ventil ermittelt werden. Da sich die individuellen Ventildaten während des Betriebes des Ventiles nicht ändern, muß eine Änderung der Parameter durch eine Änderung der Stopfbuchsenreibung hervorgerufen werden.The run-out distance is covered during the run-out time. From these three parameters, an index can then be found for the searched one Friction value can be determined. The procedure can be according to the Subclaims are advantageously further developed, by individual data, such as mass of the moving valve cone, Actuator size and supply air pressure to the positioner be taken into account. This is done by in a Autoconfiguration run the three parameters mentioned for a given Valve can be determined. Since the individual valve data during of the operation of the valve must not change, a change in Parameters caused by a change in the gland friction will.

Außerdem kann sich während des Betriebes der Versorgung der Zuluftdruck andern, was ebenfalls zu einer Änderung der drei Parameter führt. Dieses Problem wird dadurch gelöst, daß insbesondere die Daten für den Betriebsfall "entlüftet" ermittelt werden, diese sind vom Zuluftdruck unabhängig. Insbesondere kann vom Vergleich der beschriebenen drei Parameter für den Betriebsfall belüftend und entlüftend auf den Zuluftdruck oder eine Änderung des Zuluftdruckes geschlossen werden.In addition, the supply air pressure can change during operation of the supply change, which also leads to a change in the three parameters. This problem is solved in that in particular the data for the Operating case "vented" can be determined, these are from the supply air pressure independently. In particular, by comparing the three described Parameters for the operating case ventilating and venting to the Supply air pressure or a change in the supply air pressure closed will.

Darüberhinaus kann auch noch eine Bewertung des Entlüftungsverhaltens und des Unterschiedes zwischen Be- und Entlüftungsverhalten als Parameter zur Bewertung bzw. zum Rückschluß auf die sich ändernden Reibungswerte der dynamischen Dichtung hinzugenommen werden.In addition, an assessment of the ventilation behavior can also be made and the difference between ventilation behavior as a parameter for evaluation or to draw conclusions about the changing friction values of the dynamic seal are added will.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einer Figur dargestellt und im nachfolgenden näher beschrieben.The invention is shown in the drawing in a figure and described in more detail below.

Gezeigt wird ein Regelventil mit allen wichtigen Elementen. Über einen Antrieb 1 wird eine Ventilspindel 2 betätigt, die in eine Ventilkammer 3 hineinragt und an ihrem Ende ein Ventilglied 4 aufweist. Die Eintrittsstelle der Spindel 2 in die Ventilkammer ist mittels einer dynamischen Dichtung, hier eine Stopfbuchse 6, abgedichtet. Die Bewegung der Ventilspindel 2 wird über eine Wegrückmeldung 7 einem Stellungsregler 8 aktuell mitgeteilt, der am Eingang eine elektrische Führungsgröße 12 (4 bis 20 mA hat, desweiteren über Druckmittelanschlüsse, i.a. pneumatische Anschlüsse, verfügt. Es ist dabei ein Hilfsenergiezuluftanschluß 9 vorgesehen, ferner ein Abluftanschluß 10 zur Entlüftung und ein Druckluftausgang 11, welcher die Stellgroße zur Beaufschlagung des Ventilspindelantriebes 1 liefert. Der Stellungsregler 8 enthält dabei einen Mikrorechner, der aus den entsprechenden Daten die Stopfbuchsenreibung ermittelt. Die ermittelten Reibungswerte bzw. Änderungen der Reibungswerte können dabei über einen am Stellungsregler 8 vorzusehenden Datenkommunikationsanschluß zu einer Leitstelle gegeben werden, wo eine Änderung des Dichtungszustandes der Stopfbuchse 6 angezeigt wird. Innerhalb des Mikrorechners werden die beispielsweise lastabhängig oder zyklisch aktualisierten Reibungswerte in einem Speicherfeld abgelegt.A control valve with all important elements is shown. Via a drive 1 , a valve spindle 2 is actuated, which projects into a valve chamber 3 and has a valve member 4 at its end. The entry point of the spindle 2 into the valve chamber is sealed by means of a dynamic seal, here a stuffing box 6 . The movement of the valve spindle 2 is currently communicated via a position feedback 7 to a positioner 8 , which has an electrical command variable 12 (4 to 20 mA at the input, furthermore has pressure medium connections, generally pneumatic connections. An auxiliary power supply air connection 9 is provided, as well as a Exhaust air connection 10 for ventilation and a compressed air outlet 11 , which supplies the manipulated variable to act on the valve spindle drive 1. The positioner 8 contains a microcomputer that determines the stuffing box friction from the corresponding data. The determined friction values or changes in the friction values can be made via a on the positioner 8 to be provided to a control center, where a change in the sealing state of the stuffing box 6 is indicated. Within the microcomputer, the friction values, which are updated, for example, depending on the load or cyclically, are stored in a memory field d filed.

Claims

1. Control valve with a pressure medium operated drive and a positioner, in which the positioner ( 8 ) has means for determining the position ( 7 ) of the valve stem ( 2 ) connecting the actuator ( 1 ) and the positioner ( 8 ), the valve stem ( 2 ) for Actuation of the valve member ( 4 ) of the control valve opens sealed into a valve chamber via a dynamic seal ( 6 ), characterized in that the positioner ( 8 ) has a microcomputer in which, with the aid of the time, the physical variables start-up time, stop time and run-out distance are determined It is provided, from which relative indexes can be determined by the microcomputer, which represent the current friction value of the valve spindle ( 2 ) generated by the dynamic seal.

2. Procedure for determining the operating state and the Operating parameters in a control valve, in which a Valve drive and a positioner via a valve spindle are connected, the valve stem for actuating the Valve member in a valve chamber via a dynamic seal flows sealed, characterized, that the start-up time, the stopping time and the run-out distance of the Valve stem is determined and an evaluation index is calculated from it is that the indexes determined in each case in a memory stored and updated cyclically or depending on load changes and that when the indexes change over time, they change the friction values of the dynamic seal are closed.

3. The method according to claim 2, characterized, that the start-up time when switching from the "neutral" state to the State "ventilation" is determined from the time delay with which the valve in terms of its valve member movement of ventilation follows.

4. The method according to claim 2 and 3, characterized, that the stopping time when switching from the "ventilated" state to the State "neutral" is determined from the time delay with which the valve follows in terms of its valve member movement.

5. Procedure for determining the operating state and the Operating parameters for a control valve after one or more of the preceding claims, characterized, that before to determine the valve-typical operating parameters An auto configuration run was carried out to evaluate the friction values at which the determined parameters are the starting point for the Determine the friction values of the dynamic seal.